Opleiding Duurzaam Gebouw - Bruxelles Environnement · 3 1. Zonne-energie 2. Fotovoltaïsche...
43
Leefmilieu Brussel Opleiding Duurzaam Gebouw: Hernieuwbare energiesystemen (HEN): ontwerp en afstelling Fotovoltaïsche zonne-energie Stéphane Barbier Pulsis
Transcript of Opleiding Duurzaam Gebouw - Bruxelles Environnement · 3 1. Zonne-energie 2. Fotovoltaïsche...
Leefmilieu Brussel
Opleiding Duurzaam Gebouw:
Hernieuwbare energiesystemen (HEN): ontwerp en afstelling
Fotovoltaïsche zonne-energie
Stéphane Barbier
Pulsis
2
Doelstellingen van de presentatie
● De fotovoltaïsche technologie begrijpen
● Potentieel van de technologie in Brussel
● Een installatie kunnen (pre)dimensioneren en de
beschikbare tools kennen
● Aandachtspunten
● Follow-up en monitoring van een installatie
● Financiële steun, vandaag en in de toekomst
3
1. Zonne-energie
2. Fotovoltaïsche technologie
3. Keuze-elementen
4. Uitvoering
5. Dimensionering
6. EPB
7. Investering
8. Financiële steun (in de toekomst)
9. Bestek
10. Regeling en onderhoud
11. De toekomst
12. Tools, internetsites, …
Plan van de uiteenzetting
4
1. Zonne-energie
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc
kW
h
Globale zonnestraling op een oppervlakte van 1 m², met een hellingsgraad van 45°, voor een Gemiddeld Standaardjaar in België +/- 1000 kWh/m²
Bron: energieplus-lesite.be
Bron: energieplus-lesite.be
Bron: energieplus-lesite.be
Zichtbaar
spectrum
Zoninstraling aan het
grensgebied van de
atmosfeer (zonconstante)
Zoninstraling op
zeeniveau onder een
atmosfeer met een
normale gemiddelde
vochtigheid
Absorptie door de
waterdamp
Golflengtes (micron)
Absorptie door
koolzuurgas
En
erg
ies
tro
om
(wa
tt p
er
cm
² e
n p
er
mic
ron
)
5
1. Zonne-energie
Bron: solarpraxis.com
De jaarlijkse zonnestraling in België bedraagt gemiddeld 1.000 kWh/m2
De optimale oriëntatie is op het volle zuiden, en de aanbevolen helling is 35°.
Bron: ecoenergy
Bewolkte hemel Verstrooide wolken, zon
Vooral diffuse straling Vooral directe straling
Zonnestraling W/m²
6
►Watt-piek (Wp)
Maximaal elektrisch vermogen geleverd in standaard
testomstandigheden:
- zonnestraling van 1.000 W/m2;
- temperatuur van de panelen van 25°C;
- een spectrale verdeling van de straling, ofwel AM 1,5
►Watt-uur (Wh)
1 Watt-uur energie verbruikt of geleverd door een
systeem met een vermogen van 1 Watt gedurende een
uur.
Polykristallijn silicium
2. Fotovoltaïsche technologie
7
2. Fotovoltaïsche technologie
Monokristallijnen met hoge prestaties (6 tot 9 m²)
Rendement: 12 tot 20%
Polykristallijnen (7,5 tot 10 m²)
Rendement: 11 tot 15%
Amorf silicium (14 tot 20 m²)
Rendement 5 tot 7%
• Oppervlakte die overeenkomt met 1 kWp
8
2. Fotovoltaïsche technologie • Monokristallijne panelen
►Cellen in kristallijn silicium
- Monokristallijn PV
Een enkel kristal van grote afmeting.
Cellen in uniform blauw.
- rendement van 12% tot 20%
- Wp/m2-ratio (~150 Wc/m2) interessante
productiedichtheid
Bron: energieplus-lesite.be
9
2. Fotovoltaïsche technologie • Monokristallijne panelen
►Cellen in kristallijn silicium
- Polykristallijne PV
Meerdere kristallen.
Mozaïek van kristallen van verschillende grootte,
vorm en met verschillende oriëntatie.
Vierkante cellen.
- rendement, van 11% tot 15%
- Wp/m² -ratio (~100 Wp/m²)
Bron: energieplus-lesite.be
10
2. Fotovoltaïsche technologie • Monokristallijne panelen
► Cellen in dunne lagen
Vacuüm plaatsing op een dunne uniforme laag die bestaat
uit een of meer halfgeleidende materialen.
- Cel met amorf silicium
De halfgeleider is silicium.
- werkt met weinig of diffuus licht,
− integratie op soepele of stijve drager,
− laag rendement bij volle zon (5% tot 7%),
− grotere oppervlakken met een productie die
vergelijkbaar is met kristallijn silicium
- CdTe, CIGS, enz.
►Nieuwe concepten
11
2. Fotovoltaïsche technologie • Monokristallijne panelen
► Cellen in dunne lagen
Vacuüm plaatsing op een dunne uniforme laag die bestaat
uit een of meer halfgeleidende materialen.
- Cel met amorf silicium
De halfgeleider is silicium.
- werkt met weinig of diffuus licht,
− integratie op soepele of stijve drager,
− laag rendement bij volle zon (5% tot 7%),
− grotere oppervlakken met een productie die
vergelijkbaar is met kristallijn silicium
- CdTe, CIGS, enz.
►Nieuwe concepten
12
2. Fotovoltaïsche technologie • Energetische terugverdientijd van de panelen
Aantal jaren (maanden) tot de collector de energie heeft
geproduceerd (“terugbetaald”) die nodig is voor zijn productie
► Variabele hypothesen:
› Plaats van productie
› Inclusief energie voor productie? Transport? Ontginning van mineralen?
› Levensduur
› Recyclage
► Variabele resultaten: gemiddelde van de studenten tussen 19 en 40
maanden voor panelen met kristallijne cellen
► Totale productie over de levensduur van 8 tot 18 keer de energie
die nodig is voor de vervaardiging van de panelen
Bron: Hespful, Ademe
2. Fotovoltaïsche technologie • Fotovoltaïsche installatie
Fotovoltaïsche
generator
Scheidingsschakelaar
gelijkstroom
Omzetter
Meter
“groenestroom-
certificaten”
Schakelaar
wisselstroom
Schakelbord
(met
differentiaal-
bescherming)
Bestaande
elektriciteits-
meters
(GRD)
Netwerk
Elektrische
toepassingen
Gelijkstroom Wisselstroom
Verschillende functies van de omvormer:
- Omzetting DC naar AC
- Synchronisatiefunctie met het netwerk
- Permanent zoeken van het maximale vermogenspunt (MPP)
- Ontkoppelingsfunctie van het netwerk
© Energie Facteur 4 vzw 13
2. Fotovoltaïsche technologie
• Fotovoltaïsche installatie
Bron: Tesla
TOEKOMST: huishoudelijke bufferbatterij
14
2. Fotovoltaïsche technologie • Integratie in het dak
► Hellend dak
► Plat dak
VERANKERING BALLASTEN
AANZUIG-/
DEPRESSIESYSTEEM 15
2. Fotovoltaïsche technologie • Integratie in het dak
► Plat dak (flexibele modules)
► Verticale plaatsing tegen de gevel
• Plaatsing tegen de gevel
16
3. Keuze-elementen • Kwaliteitslabels
► http://www.questforquality.be/
► Certificatie van de installateur:
► http://www.questforquality.be/nrqual-rescert-qualiwatt-comment-sy-
retrouver-3/ (http://www.questforquality.be/nrqual-rescert-qualiwatt-comment-sy-retrouver-3/)
● Werk altijd met een gecertificeerd installateur!
Een studie betreffende de werkelijke energieproductie van 993 installaties die in
2010 in België geplaatst werden, toont een gemiddelde productie die 15% lager
ligt dan die van een referentie-installatie van de beste kwaliteit (perfect
ontworpen en aangesloten, en met de zelfde oriëntatie als de bestaande installatie).
De beste installaties benaderen de resultaten van de referentie-installatie, de
slechtste halen slechts 50% van die resultaten. Die verschillen in productiviteit
worden toegeschreven aan de modules, de omvormers en de installateurs (werkelijk
vermogen van de panelen beneden het nominale vermogen, slechte bekabeling,
schaduw, stof, thermisch verlies, stroomaansluiting, …).
Naast suboptimale opbrengsten zijn de voornaamste gesignaleerde
kwaliteitsproblemen gekoppeld met waterdichting en dakintegratie.
17
18
3. Keuze-elementen • Kwaliteit van de collectoren
► Kwaliteitsnormen: IEC 61215 en IEC 61730 testprocedure voor
validatie van de weersbestendigheid van de collectoren
► Kwaliteitslabels: AQPV (France), ElioQual (België),TÜV, PVQual
(installateurs)
Paneel beschadigd na een schok, schade zichtbaar
gemaakt door elektroluminescentie.
Bron: WTCB
• Kwaliteit van de omzetters
19
4. Uitvoering • Voorzorgen bij installatie
► OORSPRONKELIJKE VERPAKKING: laat de modules zo lang
mogelijk in hun originele verpakking. De staat van de verpakking kan
doorgaans een idee geven van de mogelijke schade aan de panelen
► TRANSPORT: maak de modules goed vast tijdens het transport, om
schokken tussen de panelen onderling en tussen de panelen en de
wanden van het voertuig te vermijden. Een transportrek met zachte
schuimbodem is zeer nuttig
► BOUWPLAATS: plaats de panelen goed vlak op de bouwplaats, ver
van de werkzaamheden en zorg ervoor dat er niets bovenop wordt
geplaatst. Een verticale plaatsing geniet de voorkeur, maar is niet altijd
haalbaar
► MONTAGE: controleer bij plaatsing op het dak of het
bevestigingssysteem de panelen niet vervormt. Gebruik bij voorkeur
een verstelbaar bevestigingssysteem waarbij de positie van de
bevestigingen kan worden aangepast aan de vorm van het dak of aan
vlakheidsafwijkingen in het dak, rekening houdend met de thermische
uitzetting
20
4. Uitvoering
• WAT U VOORAL NIET MAG DOEN:
► lopen over de zonnepanelen of er gereedschap op laten
vallen
► de randen van de kaders van de panelen tegen elkaar laten
wrijven
► de panelen laten vallen
► de riemen rond de panelen te strak aantrekken
21
5. Dimensionering • Analyse van de behoeften (elektriciteit)
► Residentieel ( <5 kWp)
Op dit moment gebaseerd op het jaarlijkse elektriciteitsverbruik
(meter die achteruit draait).
1 kWp: ± 900 kWh productie in Brussel (oriëntatie op het zuiden)
MAAR: trend van zelfverbruik op middellange termijn
Middellange termijn: opslagbatterij en promoten van zelfverbruik
► Tertiair (grote installaties >5 kWp)
Dimensionering gebaseerd op zelfverbruik
5. Dimensionering • Omvormer
► Opgelet voor verwarring tussen vermogens: DC, AC, piek,
…
› Langs de gelijkstroomkant (DC): momentaan vermogen
versus piekvermogen
► Algemene regel: dimensionering omvormer AC-vermogen
= 80% van het DC-piekvermogen (onderdimensionering
van maximum 20%).
Voor berekeningsmethode zie infofiche
“dimensionering” op de website van het
BIM
22
23
5. Dimensionering • Schaduw
► Een lichte schaduwval op een paneel creëert een “stop” die
alle belendende panelen kan beïnvloeden (seriële aansluiting
van de panelen).
► Vermindering van de impact door de panelen onder te
verdelen in aparte “strings”
Bron: Bricozone
24
5. Dimensionering • Belang van de verankering
► NBN EN 1991-1-4
► Complexe berekeningen -> gebruik dimensioneringstabellen
(cfr. www.wtcb.be)
Bron: WTCB
jaar
25
5. Dimensionering • Stedenbouwkundige vergunning
► In Brussel, vrijstelling indien:
› De panelen niet zichtbaar zijn vanuit de openbare ruimte
› De panelen op het dak liggen, op voorwaarde dat ze ingewerkt
zijn in het dakvlak of parallel met het dakvlak op het dak zijn
bevestigd. Ze mogen niet meer dan 30 cm uitsteken boven of
voorbij de grens van het dak.
Bron: BIM
26
6. EPB
Bron: Waals Gewest “Faire
mieux que les exigences
réglementaires ”(Beter doen
dan reglementair vereist )
Impact van hernieuwbare energie op het Ew-peil, energieverbruik van
de woning in nieuwbouw of zware renovatie
● 12 Ew-punten voor 2-, 3-,4-gevelwoningen
● Tot 20 Ew-punten voor appartementen
HERNIEUWBARE ENERGIEBRONNEN
Het gebruik van thermische zonne-energie voor SWW (5 m², volle zon,
helling van 35°) doet het Ew-peil voor 2-, 3- of 4-gevelwoningen in het
algemeen dalen met 12 punten .
Het gebruik van fotovoltaïsche zonne-energie (2 kWp, ongeveer 16 m², volle
zon, helling van 35°) doet dit peil dalen met 15 punten.
In appartementen is de impact nog groter: daling met 20 punten voor
thermische zonne-energie en met 30 punten voor fotovoltaïsche zonne-
energie.
HERNIEUWBARE ENERGIEBRONNEN
27
7. Investering
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 10 100 1000
Investe
rin
g [
EU
R/W
p]
Vermogen [kWp]
5 kWp
► Bron: PV Calc
28
7. Investering
• Toegekende groenestroomcertificaten
Toekenning van
groenestroomcertificaten
Financiële
opbrengst
# GSC/MWh 1 GSC voor de
productie van
MARKTPRIJS
(GSC voor €85)
Alle formaten 2,4 GSC /
MWh 417 kWh € 204/MWh
• Aantal toegekende groenestroomcertificaten
(datum van indienststelling na 2/8/2013)
• Geldigheid van de GSC: 5 jaar
• Toekenningsperiode van de GSC: max. 10 jaar na
indienststelling (verlengbaar onder bepaalde voorwaarden)
29
7. Investering
• Voorbeeld voor residentiële sector
• Installatie 4kWp
• Jaarlijkse productie: 3.600 kWh
• Financiële besparing: 3.600 kWh x € 0,20 = € 720
• 3,6 GSC toegekend, verkocht voor € 82, hetzij € 300
• Installatiekosten: € 8.500 (ongeveer € 2/Wp)
• ETT ongeveer 8,5 jaar
• Vervolgens: opbrengst GSC van € 300/jaar voor nog
drie bijkomende jaren en energiebesparing gedurende
13 jaar
30
7. Investering
• Voorbeeld voor residentiële sector
• Installatie 4kWp
• Jaarlijkse productie: 3.600 kWh
• Financiële besparing: 3.600 kWh x € 0,20 = € 720
• 3,6 GSC toegekend, verkocht voor € 82, hetzij € 300
• Installatiekosten: € 8.500 (ongeveer € 2/Wp)
• ETT ongeveer 8,5 jaar
• Vervolgens: opbrengst GSC van € 300/jaar voor nog
drie bijkomende jaren en energiebesparing gedurende
13 jaar
31
7. Investering
• Voorbeeld voor residentiële sector (simulator Apere)
• Installatie 4kWp
• Jaarlijkse productie: 3.600 kWh
• Financiële besparing: 3.600 kWh x € 0,20 = € 720
• 3,6 GSC toegekend, verkocht voor € 82, hetzij € 300
• Installatiekosten: € 9.000 (ongeveer € 2,2/Wp)
• ETT ongeveer 8,5 jaar
• Vervolgens: opbrengst GSC van € 300/jaar voor nog
drie bijkomende jaren en energiebesparing gedurende
13 jaar
32
7. Investering
• Voorbeeld voor residentiële sector
Cfr.: financiële simulator fotovoltaïsche
zonnepanelen
http://www.apere.org/node/164
33
● PV Calc (simulator grote installaties)
► Excel-rekentool, te downloaden op de website van LB
► Functie: predimensionering van fotovoltaïsche installaties
► Toepassing: Residentieel en tertiair
► Doelstelling: de haalbaarheid van de installatie op technisch,
economisch en milieuvlak beoordelen
► Resultaten Ordes van grootte
› oppervlakte van collectoren
› investeringskosten, energiebesparing
› vermeden CO2-emissies
► Gebruikers: architect, studiebureau, EPB-adviseur,
installateur, gebouwbeheerder, energieverantwoordelijke,
bouwheer, syndicus, …
7. Investering
34
7. Investering
• Opbrengstgarantie
Opbrengstgarantie met boeteformule
Boete = (Opbrengstgarantie(jaar n) * Stralingscoëfficiënt (jaar n) – Productie van
groene elektriciteit (jaar n) - Verliezen(jaar n) ) * ( GSC + tarief elektriciteit)
Controle door een onafhankelijke waarnemer die de reële productie vergelijkt
met de verwachte productie.
Als een productietekort wordt vastgesteld, krijgt de eigenaar van de installatie
een financiële vergoeding.
Dit type van contract heeft meerdere voordelen: het biedt de zekerheid van een
gegarandeerde opbrengst die niet meer uitsluitend van de zonnestraling
afhangt. Bovendien ontstaat tussen klant en installateur meteen een kader dat
een hoge kwaliteit van uitvoering van de installatie garandeert. 80% van de
problemen met de prestaties van de installaties houdt immers verband met
menselijke fouten.
35
8. (Toekomstige) financiële steun
• groenestroomcertificaten tegen 2018… (rtbf)
Het huidige systeem van steun aan de Brusselse eigenaars van fotovoltaïsche
zonnepanelen gaat veranderen. Dit komt door een beslissing van de Raad van State.
De RvS meent dat het hetzelfde voordeel niet twee keer kan worden genoten. Het
Brussels Gewest denkt dus na over wijzigingen. Reden genoeg om onrust te wekken.
[…]
In de hoofdstad beschikken de opwekkers van groene stroom immers over een
dubbele meter, en niet over een meter die achteruit draait, zoals in de twee andere
Gewesten het geval is. Vanaf 2018 zal men voor alles moeten betalen […]
Wij willen de eigenaar van panelen ertoe aanzetten te verbruiken wat hij produceert
op het moment waarop hij het produceert. Dit is het principe van het direct of
momentaan zelfverbruik. Zoals we weten blijft stroom opslaan niet voordelig. Het is
dus beter als particulieren verbruiken wanneer ze produceren […]
RTBF – 28 september 2015
• Het systeem zou moeten evolueren om zelfverbruik
aan te moedigen. Om het verlies te compenseren, zou
het aantal GSC’s moeten worden verhoogd.
36
9. Bestek
• Stappenplan (particulieren)
► Administratieve en technische gids voor de installatie
van fotovoltaïsche panelen [BIM]
1. Analyse van het gebouw (behoeften, dak,
oriëntatie, …)
2. Keuze van een fabrikant/installateur
3. Plaatsing en aansluiting op het netwerk
4. Aanvraag van groenestroomcertificaten
► Zelfverbruik?
37
9. Bestek
• Stappenplan (grote installaties >5 kWp)
► Administratieve en technische gids voor de installatie
van fotovoltaïsche panelen [BIM]
1. Analyse van het gebouw (behoeften, dak,
oriëntatie, …)
› /!\ Evaluatie van het zelfverbruik
2. Keuze van een fabrikant/installateur
3. Stedenbouwkundige vergunning
4. Plaatsing en aansluiting op het netwerk
5. Aanvraag van groenestroomcertificaten
38
10. Regeling en onderhoud
► Follow-up van de productie (Monitoring)
› www.bdpv.fr
› P2P: http://www.apere.org/pvcrops
► Preventief onderhoud
› Visuele inspectie
› Reiniging van de panelen (stof, sneeuw)
► Regelmatige controle van de omvormer
► Regelmatige controle van de bedrading en de schakelborden
39
11. De toekomst
► Elektriciteitsopslag
► Rendement van de collectoren
► Hybride systemen
› Fotovoltaïsche en thermische
› Combinatie met warmtepomp
► Intelligent elektriciteitsnetwerk (smart grid)
Bron: sbenergy
Bron: ecosource.info
40
Interessante tools, websites, enz.: ● Websites
► BIM Thermische zonne-energie:
http://195.244.174.34/Templates/Professionnels/informer.aspx?id=32603&langtype=2067
► Apere: www.apere.org et www.smartguide.be (gids van hernieuwbare energiebronnen)
► BIM Gids duurzame gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be
› G_ENE11 Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren
► www.energieplus-lesite.be
► http://www.solaire-diffusion.eu
● Tools
► PVCalc (Grote installaties, cfr. website BIM)
► http://www.tecsol.fr/st_fr/default.htm (Kleine installaties)
► http://www.apere.org/node/164 (Simulator Apere voor kleine installaties)
● WTCB
► Windberekening van de verankering van de draagconstructies bij zonnepanelen
► WTCB Contact nr. 40 en 42: Manipulatie en integratie van fotovoltaïsche zonnepanelen
● Certificatie van de installateurs
► Qualiwall www.qualiwall.be
► REScert www.rescert.be
41
Referenties Gids Duurzame Gebouwen en andere bronnen:
● Gids Duurzame Gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/
Fiche G_ENE11 Installaties voor de opwekking van hernieuwbare
elektriciteit integreren
42
Te onthouden uit de uiteenzetting
● Fotovoltaïsche zonnepanelen blijven een
interessante investering in Brussel
● Kies performante panelen en een gecertificeerd
installateur
● De juiste dimensionering is belangrijk
● Kies voor zelfverbruik
● Follow-up van productie/onderhoud is
noodzakelijk
